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表面处理对硅衬底GaN基LED粗化及出光效率影响的研究
表面处理对硅衬底GaN基LED粗化及出光效率影响的研究
摘要：
随着LED照明技术的快速发展，人们对提高LED的出光效率越来越关注。基于硅衬底的GaN基LED由于其良好的热传导性能和较低的成本，被广泛应用于照明和显示领域。本文旨在综述近年来关于表面处理对硅衬底GaN基LED粗化及出光效率影响的研究，包括：湿法和干法表面处理方法的原理及优缺点，表面处理对GaN基LED粗化效果和光输出的影响机制，以及表面处理方法对硅衬底GaN基LED出光效率的改善。研究结果表明，合适的表面处理方法能够有效提高GaN基LED的粗化程度，增加其光提取效率，并且降低它们的漏电流和损耗，因此表面处理方法对GaN基LED的性能优化具有重要的意义。
关键词：表面处理，硅衬底，GaN基LED，粗化，出光效率
1.引言
LED作为一种高效节能的照明光源，具有长寿命、低功耗、高亮度等优点，正在逐渐取代传统照明技术。GaN基LED由于其较高的发光效率和卓越的色纯度，被广泛应用于照明和显示领域。然而，GaN基LED的出光效率仍然存在一定的提升空间。其中一个重要因素是GaN基LED在硅衬底上的制备过程中，由于晶格不匹配、热膨胀系数不匹配等原因，导致导电层中存在大量的缺陷和表面态，降低了光提取效率[1]。
2.表面处理方法
表面处理方法是通过对硅衬底表面进行化学或物理处理，从而改变其结构和形态，提高LED的粗化程度。常用的表面处理方法包括湿法和干法处理。
2.1湿法处理
湿法处理是一种通过在硅衬底表面涂覆化学溶液或浸泡在化学液中的方法，使硅衬底表面发生化学反应，然后通过控制反应条件来改变表面形貌。常见的湿法处理方法包括酸蚀、浸泡、电化学刻蚀等。
2.2干法处理
干法处理是一种通过在硅衬底表面沉积或腐蚀材料，然后使用化学气相沉积或物理气相沉积的方法，使硅衬底表面发生物理或化学反应，从而改变其形貌。常见的干法处理方法包括等离子体刻蚀、工艺综合处理等。
3.表面处理对GaN基LED粗化效果和光输出的影响机制
表面处理能够有效提高GaN基LED的粗化程度，增加其光提取效率。其主要机制包括以下几个方面：
3.1表面粗化效果
通过表面处理可以在硅衬底表面形成一定的微观结构，打破平整表面的反射和折射，增加光线在材料中的传播距离，从而提高光提取效率。表面处理方法中，合适的化学刻蚀条件和物理处理参数是影响粗化效果的关键。
3.2光输出提高机制
表面处理还能增加LED的光输出，主要通过两个机制实现：一是在GaN/硅衬底界面形成少缺陷、无界面态的平缓倾斜，降低界面反射和散射，提高光提取效率；二是通过表面处理改变GaN基LED导电层中的缺陷和表面态，减小非辐射复合过程，提高内外量子效率。
4.表面处理方法对硅衬底GaN基LED出光效率的改善
经过表面处理的硅衬底GaN基LED能够获得较高的光输出效率。研究表明，适当的表面处理方法能够提高GaN基LED的外量子效率，并且降低其漏电流和损耗。其中，湿法处理方法对GaN基LED出光效率的改善效果较好，能够制备出更具粗糙度的表面结构，增加光提取效率。而干法处理方法则能够在硅衬底表面形成更为复杂的纳米结构，进一步提高光提取效率。
5.结论与展望
硅衬底GaN基LED是一种具有良好应用前景的新型光电器件。通过适当的表面处理方法可以有效提高GaN基LED的粗化程度，增加其光提取效率，从而提高LED的出光效率。未来的研究可以进一步探索不同表面处理方法对硅衬底GaN基LED的影响，寻找更具优势的表面处理方法，进一步提高GaN基LED的性能，并推动其在照明和显示领域的广泛应用。
参考文献：
[1]H.Xiong,D.Jung,S.Park,etal.EnhancedtotallightextractionofGaN-basedlight-emittingdiodesusingfree-formmicrolensarrays[J].IEEEPhotonicsJournal,2017,9(2):6803813.